并发编程

操作系统发展史

  • 穿孔卡片

    • 读取数据速度特别慢,CPU利用率极低
    • 单用户使用
  • 批处理
    • 读取数据速度特别慢,CPU利用率极低
    • 联机使用
  • 脱机批处理(现代操作系统的设计原理)
    • 读取数据速度提高
    • CPU的利用率提高

多道技术(基于单核背景下产生的)

  • 单道(串行):一个任务完完整整地运行完毕后,才能运行下一个任务
  • 多道技术:允许多个程序同时进入内存并运行。同时把多个程序放入内存,并允许它们交替在CPU中运行,它们共享系统中的各种硬、软件资源。当一道程序因I/O请求而暂停运行时,CPU便立即转去运行另一道程序。

多道技术的实现是为了解决多个程序竞争或者说共享同一个资源的有序调度问题,解决方式即多路复用,多路复用分为时间上的复用和空间上的复用。

  • 空间上的复用:多个程序使用一个CPU(多个进程复用内存空间)

  • 时间上的复用:多个进程复用CPU的时间

    • 当执行程序遇到IO时,操作系统会将CPU的执行权限剥夺

      优点:CPU的执行效率提高

    • 当执行程序执行时间过长时,操作系统会将CPU的执行权限剥夺

      缺点:程序的执行效率低

并发与并行

  • 并发:是伪并行,即看起来是同时运行。单个CPU+多道技术就可以实现并发
  • 并行:同时运行,只有具备多个CPU才能实现并行

无论是并行还是并发,在用户看来都是“同时”运行的。不管是进程还是线程,都只是一个任务而已,真正工作的只有CPU。一个CPU同一时刻只能执行一个任务。

程序、进程和线程

程序:一系列代码文件组成

进程:一个正在运行的程序的一个实例。包括程序代码和当前的活动

线程:CPU可使用的最基本单元。 也成为轻量级进程。线程是进程中的一个实体。 线程是进程中的指令序列,其行为类似于进程。不同于进程是因为它没有自己的程序控制块

ps:通常,在进程中创建多线程。线程在进程内执行,进程在操作系统内核中执行

进程的三种状态

就绪态:具备运行的所有条件,逻辑上可以运行,等待CPU处理

等待(阻塞)态:等待某一事件

运行态:正在占用处理器运行

进程调度

  • 先来先服务调度算法。缺点:执行效率低
  • 短作业优先调度算法,执行时间越短,则优先调度。缺点:导致执行时间长的程序,需要等待所有时间短的程序执行完毕后,才能执行
  • 时间片轮转法
  • 多级反馈队列

同步与异步

同步:?

异步:?

阻塞与非阻塞

阻塞:凡是遇到IO都会阻塞

非阻塞:除了IO都是非阻塞

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